利用里德堡原子光片荧光成像实现电磁场的二维成像
原子物理
2025-11-25 v2 应用物理
摘要
电磁场成像能力具有重要的科学和工业应用，包括电磁兼容性、高频器件诊断以及涉及场相互作用的实验科学工作。通常，电场和磁场测量需要导电元件，这会显著扭曲场。然而，通过电磁场对原子蒸气中碱金属原子的里德堡态（对电场高度敏感）引起的能级偏移，可以在不改变场的情况下测量电磁场。以往使用里德堡原子的场测量利用电磁感应透明来读出场对态引起的偏移，但未提供空间分辨率。在本工作中，我们证明通过对原子的荧光进行成像，可以实现电磁感应透明的空间分辨。我们证明这可用于对DC-GHz范围内约 V/cm 量级的电场和约 mT 量级的静磁场进行成像，且对场的畸变极小。我们还展示了对共振微波辐射约 5 mV/cm 量级场的成像能力，并测量了该状态下蒸气池壁部分反射产生的驻波。借助锁相检测等附加处理技术，我们预测我们的灵敏度可达到 nV/cm 量级。我们以 160 m 的空间分辨率进行场成像，该分辨率受限于我们的成像系统，并估计其基本分辨率极限为 5 m。
引用
@article{arxiv.2412.12568,
title = {Two-dimensional imaging of electromagnetic fields via light sheet fluorescence imaging with Rydberg atoms},
author = {Noah Schlossberger and Tate McDonald and Kevin Su and Rajavardhan Talashila and Robert Behary and Charles L. Patrick and Daniel Hammerland and Eugeniy E. Mikhailov and Seth Aubin and Irina Novikova and Christopher L. Holloway and Nikunjkumar Prajapati},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.12568},
year = {2025}
}